■ 2,300℃를 견디는 세라믹섬유

‘세라믹섬유’란 고분자, 세라믹분말을 원료로 사용해, 저온 또는 초고온 용융방사를 통해 0.1~20㎛ 굵기의 섬유상을 형상한 후 최종 열처리를 통해 세라믹으로 전환된 세라믹소재의 섬유를 말한다. 일반적인 예를 들면 유리섬유와 현무암섬유, 지르코니아 섬유, 알루미나 섬유, 이트륨(Yttria)화이버, 산화세륨, 희토류산화(Rare Earth Oxide)섬유, 탄화규소섬유 등 신종 특수 산화물·비산화물로 제조된 고온섬유 등이 있다.

세라믹섬유는 태생적으로 높은 온도에서 열처리돼 제조되기 때문에 최소 700℃ 이상 최대 2,300℃까지의 고온에서도 견디는 고온내구성이 가장 큰 장점이다. 하지만 이중 산업적으로 복합화해 부품 등으로 사용 가능한 섬유는 인장강도가 최소 2.0GPa 되는 유리섬유, 현무암섬유, SiC섬유 등입니다. 그리고 최근엔 압전특성, 초전도특성 등이 발현되는 기능성섬유가 산업적으로 사용 가능할 것으로 기대된다.

■ 미래유망산업 핵심 소재부품 ‘각광’

세라믹섬유는 내열성, 전기절연성, 화학 안정성의 큰 강점을 기반으로 미래유망산업분야 핵심소재로 사용되고 있으며 이종소재와 융복합돼 고기능의 복합재 부품제조가 가능하다. 이 때문에 신재생에너지산업, 우주항공산업, 지능형 기계산업 등의 산업경쟁력을 좌우하게 된다. 또한 SiC 섬유의 경우, 1,000℃이상의 고온에서 사용가능한 유일한 섬유로 세계적인 전략품목에 해당되어 소재의 수출입이 금지돼 있다. 즉 기술적인 측면에서 진입장벽이 높아 개별 기업의 사업화 성공률이 낮아 반드시 국가차원에서 기반구축이 필용한 분야다. 그리고 추가적으로 현무암섬유 등은 자연에서 생산되는 원료를 사용할 수 있어 낮은 단가에 생산 가능하며 동시에 친환경적(Recycle) 소재다. 그래서 각국의 환경규제 강화가 재활용섬유 시장 성장의 동인으로 작용하고 있다.

세라믹섬유는 이종소재와 융복합화가 용이하기 때문에 특정형상 부품가공이 가능하다. 그리고 세라믹섬유의 기능성이 복합화하면 더욱 확대되어 용응용분야가 폭발적으로 증가하고 있으며 동시에 새로운 시장이 창출되고 있다. 예를 들면 세라믹섬유 복합재는 전체 소재중 15% 차지, 2015년엔 철(Steel)과 알루미늄을 대체해 20%까지 점유할 것으로 예측된다. 그린에너지 분야는 세라믹섬유 복합재 사용률이 65%에 이르며 풍력발전의 경우 최근 2~3년 사이에 수요가 폭증하여 전체시장에서 2015년까지 100%까지 성장 예측하고 있습니다. 향후, 우주항공, 운송(자동차, 항공)의 경우 기존 소재에서 경량고강도인 세라믹섬유복합재로 대체율은 60%에 이를 것으로 예측되고 있다.

이와같은 추세로 인해 2010년 865억달러(95조천억원) 규모였던 세라믹섬유 세계시장은 2015년엔 1,145억달러(126조원)로 매년 6%씩 지속 성장할 것으로 전망되고 있다. 즉 세라믹섬유는 2010년 이후 세계적으로 급성장하고 있는 차세대 핵심소재인 것이다. 현재 세계 세라믹섬유 시장은 미국(37%)과 유럽(24%) 등 선진국 주도하고 있는 고품질·고가 시장과 중국 중심의 저가 시장으로 양분화돼 있는 상황이다.

또한 세라믹섬유는 국민총생산(GDP)에 비례하여 사용량이 증가하는 경향을 보이고 잇다. GDP 4만5천달러의 미국은 1인당 9kg의 세라믹섬유를 사용하는 최다 소비국이다. 특히, 중국시장은 2007년 이후 폭발적 경제발전으로 매년 15%씩 고속 성장하고 있다.

▲ 세라믹섬유별 특징.

미래 융복합 고부가 소재 ‘각광’, 전량 수입의존

세라믹섬유실용화센터 진주 구축, 산업 육성 허브로

■ 러·미·일 기술독점, 활용에 걸림돌

세라믹섬유의 원천기술은 러·미·일 일부기업들이 보유하고 독과점체계를 구축하고 있어 세라믹섬유 활용에 애를 먹고 있다. S-유리섬유는 NPO(러) 및 OCF(미) 등 소수업체만이 원천기술을 독점하고 있으며 현무암섬유는 KV(러), SG(미)가 독점공급하며 최근 GBF(중)가 기술개발을 시도하고 있습니다. 그리고 SiC섬유는 NP(일), UBE(일), DC(미)만이 원천기술을 가지고 국방용으로 독점공급하나 수출허가(EL)품목으로 지정되어 수출입은 매우 제한돼 있습니다. 압전특성이 나타나는 기능성섬유는 Advanced cerametrics(미), Smart material(독)만이 원천기술을 가지고 국방용에 적용하기 시작했다.

■ 전량 수입의존, 적자 ‘3,400억’

국내 세라믹섬유 및 복합재 매출은 2011년 기준으로 1조6천억원 규모로 집계되고 있다. 국내에는 특허권리가 만료된 E-glass 기술·제품만이 생산되고 있으며, 범용 유리섬유 복합재 시장이 전체 소재시장의 90%를 차지하고 있다. 생산기업으로는 KCC, 한국화이바, 한국오웬스코닝, 현대화이바, YJC 등이 있으나 전자재료용(디스플레이, PCB 등) 유리 세섬유(5um 이하 섬유)는 전량 수입에 의존하고 있는 실정이다. 친환경소재인 현무암 섬유의 경우 국내 산업은 아직 시작단계로 최근 유리섬유 및 탄소섬유의 대체 시장으로 부각되고 있다. 그리고 SiC 섬유와 압전 섬유는 제조를 위한 기반이 구축되지 않은 상태로 국가적 지원이 절실합니다. 국내 세라믹섬유 수입규모는 2011년 약 2,300톤 3,400억원으로 국내시장규모의 58.4%를 차지하며 주요 무역수지 적자요인이 되고 있다.

■ 세라믹섬유실용화센터사업으로 산업 생태계 조성
이와 같은 세라믹섬유 중 국내기술개발수준, 향후 시장 확장성 등을 고려해 핵심 세라믹 섬유(고기능 유리섬유, 현무암섬유, SiC섬유, 기능섬유)에 대한 선택과 집중을 통해 국가적인 산업지원기반 조성이 요구되고 있다. 세라믹섬유 양산을 위한 핵심 원천공정기술 확보 시급한 상태이지만 국내 기업의 섬유제조기술은 일부 보유하거나 환경이 열악해 원료에서 제조, 복합화에 이르는 전공정기반을 개별기업이 갖추기는 불가능하다.

이에 한국세라믹기술원은 세라믹섬유실용화센터사업을 통해 국내 세라믹섬유산업 육성 기반마련에 나섰다.

이 사업은 2012년부터 2016년까지 5년간 진행되는 기반구축사업으로 2011년 진주시 김재경 의원과 한국세라믹기술원 김병익 선임본부장의제안으로 기획됐다. 세라믹기술원과 진주시가 원천기술 활용과 지자체의 산업발전 지원을 위해 손잡은 것이다. 또한 사업추진에 있어 산업통상자원부 섬유세라믹과 박수진 사무관의 적극적인 인도와 지원이 큰 힘이 됐다.

센터는 세라믹섬유의 시생산과 복합화 전반에 걸쳐 개별기업 차원에서 갖추기 어려운 장비를 구축해 세라믹섬유 기업지원 허브역할을 수행하며 기업을 육성하는 것을 목적으로 하고 있다.

구체적으로는 세라믹기술원 본원 이전 예정지인 경남 진주혁신도시내 건축연면적 2,356.7㎡에 섬유방사, 복합재제조, 사무, 업체지원 공간이 들어설 예정이다. 장비는 총 88종(155억원)의 섬유화 공정장비, 복합화장비, 시험분석지원장비 등이 구축된다. 현재 사업 2차년도에 들어 건축설계가 완료됐고 시험분석 위주의 장비가 7종 구축된 상태다.

■ 일자리 및 매출 창출 기여

사업 5차년 후엔 2,356.7㎡의 공간과 88종의 장비 등 기반이 구축될 것이다. 이를 통해 진주시 인접지역과 경남권의 기업들이 구축된 인프라를 바탕으로 창업, 제품생산, 핵심산업 공정인력 양성, 마케팅, 양산화 R&D 지원 등을 근접지원하는 기업지원체계가 완벽하게 구축되도록 노력할 것이다. 세라믹섬유실용화센터 구축으로 사업후 5년간 고용 1,270명, 생산 2,380억원 달성을 기대하고 있다. 이러한 기대는 참여 연구원들의 노력과 지자체의 관심 등이 함께 어우러져야 비로소 실현될 것이라고 생각한다.

▲ 한국세라믹기술원 세라믹섬유실용화센터 조감도.